【正文】 然而真正被工業(yè)界普遍認(rèn)可的升降機(jī)仍未出現(xiàn)，直到 1852 年世界第一臺安全升降機(jī)的誕生。1857 年 3 月 23 日，奧的斯公司在紐約為一座專營法 國瓷器和玻璃器皿的商店安裝了世界第一臺客運(yùn)升降機(jī)。 1878年奧的斯公司在紐約百老匯大街 155 號安裝了第一臺水壓式乘客升降機(jī)，這是以直流電動機(jī)為動力的世界第一臺電力驅(qū)動升降機(jī)，從此誕生了名副其實的電梯。兩個現(xiàn)代化項目的主要問題通常是：現(xiàn)有設(shè)備的可靠性已達(dá)到不可接受的程度，不能滿足乘客的流量，因此也增加了舊體制的交通處理能力。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運(yùn)送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道和自動扶梯。在這些高層、大規(guī)模建筑中為滿足乘客流量過多的需要一般都安裝了多部電梯。它有諸多缺點，例如：電路復(fù)雜，故障率高和 可靠性較差；以及極大的影響了電梯的運(yùn)行質(zhì)量。因此，研究和制造智能化、高效的電梯群控系統(tǒng)能滿足規(guī)模越來越龐大的現(xiàn)代建筑群的需要，具有極其重要的現(xiàn)實意義，備受工業(yè)界的關(guān)注。 在 傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng) 中 采用的繼電器邏輯控制 ， 由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等 諸多 缺點，正逐漸被淘汰。 同時 維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動開關(guān)門。 這些優(yōu)點使得 PLC 控制的電梯系統(tǒng)成為現(xiàn)在的主流。 1983 年，變 壓變頻（ VVVF）控制的電梯出現(xiàn)，由于其良好的調(diào)速性能、舒適感和功能等特點迅速成為電梯的主流產(chǎn)品 [6]。 1985 年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。 在我國，老的直流電梯已被淘汰，交流雙速梯、 ACVV 交流調(diào)速梯逐漸被 VVVF 交流變頻變壓調(diào)速電梯所取代，控制系統(tǒng)已在大量采用 PLC 和微電腦控制技術(shù)，最高梯速已達(dá)到 4m/s。 電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程序控制（ PLC）、單片微機(jī)控制、多微機(jī)控制多種形式。隨著多微機(jī)系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電梯控制方式發(fā)生了巨大的變化，因為微機(jī)在電梯中的應(yīng)用不僅取代了大部 分繼電器和選層器，整個系統(tǒng)也變得更加可靠，靈活性更加提高，功能極大地增強(qiáng)了。如果要修改或增加其功能就要找回生廠家或用專用的工具，及其的麻煩，限制了電梯控制系統(tǒng)的可調(diào)性。 6而 PLC 的編 程語言雖然不盡相同，但都有通俗易懂，便于自學(xué)的優(yōu)點，一般的維修及工程人員都能掌握 ,PLC 電梯控制系統(tǒng)比較適用于小高層的樓房。目前， PLC 與 DCS、工業(yè) PC 并列成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱。它不但有完善的分區(qū)服務(wù)、運(yùn)行監(jiān)控、客流交通統(tǒng)計分析等功能，還具備故障診斷功能。 課題的提出 可編程控制器 (PLC)是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機(jī)，具有許多明顯的特點，具有良好的操作性與可調(diào)節(jié)性，使用 PLC 進(jìn)行電梯的電氣控制是必然的趨勢 。 7 電梯的控制系統(tǒng)主要采用以下三種控制方式 :一是繼電器控制系統(tǒng)；二是 PLC控制系統(tǒng)； 三是微機(jī)控制系統(tǒng)。而微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能 ,但也存在一定的不足之處 ,即抗干擾性差 ,系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜 ,導(dǎo)致一般的維修人員難以掌握其維修技術(shù) ,這些因素使得微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性受到嚴(yán)重制約。 當(dāng)今 PLC在電梯中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟 ,如圖 11 是 PLC應(yīng)用于電梯控制的控制框圖。另一方面又把采集到的信號進(jìn)行計算和處理并給出電梯的樓層信號和速度信號，并驅(qū)動相應(yīng)的開關(guān)門信號、方向繼電器和抱閘繼電器等，這些信號傳輸給變頻器，繼而變頻器驅(qū)動拽引電機(jī)以控制電梯的運(yùn)行。當(dāng)給電梯送電時， PLC立即 就開始掃 描電梯的所有輸入、輸出信號，檢測電梯的安全回路是否接通、廳門轎門是否關(guān)閉、繼而判斷電梯處在何種狀態(tài)。當(dāng)電梯到達(dá)減速樓層時， PLC通過比較樓層的基數(shù)脈沖和換速點脈沖是否相等來判斷電梯的下一步動作，相等時給出電梯減速信號 ,電梯減速運(yùn)行；否則電梯繼續(xù)運(yùn)行，電梯間試運(yùn)行時需要判斷電梯是否到達(dá)平層區(qū)，若到達(dá) 平層區(qū)，則給出平層開門信號， 否則電梯繼續(xù)減速。 根據(jù) 查閱資料了解到的當(dāng)今電梯控制系統(tǒng)和電梯拖動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及 掌握的知識，本次設(shè)計將采用西門子 S7200 PLC， 結(jié)合安川 VS616G5 通用變頻器， 實現(xiàn)兩臺 電梯的聯(lián)動控制系統(tǒng)。 8 9 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 PDP— 14 ，隨后在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段進(jìn)行了電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱為 Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺 PLC。在 20 世紀(jì) 80 年代后期，以微處理器構(gòu)成的微機(jī)取得了飛速發(fā)展，使得可編程邏 輯控制器在概念、設(shè)計、性能上都有了新的突破。但為了與個人計算機(jī) PC（ Personal Computer）相區(qū)別，可編程控制器仍簡稱為 PLC。最終國際電工委員會（ IEC）1987 年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置 ，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器，它能夠存儲和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作、并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 實際上，由于可編程控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新產(chǎn)品的功能已超出上述定義。 圖 21 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu) （ 1） CPU 板 CPU 板是 PLC 的核心部件，它由微處理器 CPU、存儲器（ ROM、 RAM）、并行接口（ PIO）、串行接口（ SIO）及時鐘控制電路等組成。時鐘及控制電路用于產(chǎn)生脈沖及各種控制信號。輸入電路的作用是接收來自現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，再經(jīng)光 電耦合器隔離后轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電平信號，最后由 CPU 讀入并送至輸入映象寄存器中，供程序執(zhí)行使用。輸出電路有三種形式：一種是繼電器形式，它是通過控制繼電器的線圈利用其觸點的通斷來控制輸出設(shè)備，實現(xiàn)電氣隔離；另一種是晶體管輸出型，它通過光電耦合器控制輸出開關(guān)晶體管通斷，進(jìn)而控制輸出設(shè)備；第三種是可控硅輸出型，通過觸發(fā)可控硅的通斷來實現(xiàn)對外部輸出設(shè)備的控制。一般擴(kuò)展卡盒有三種：一種是 COMS 開型 ROM 卡盒，它需要用鋰電池后備，以防止斷電時程序及數(shù)據(jù) 丟失；另一種是 EPROM 卡盒，這種卡盒需要用專門的寫入器將調(diào)試好的用戶程序或數(shù)據(jù)寫入 EPROM 中，擦寫時需要用紫外線擦除器；第三種是 EEPROM 卡盒，是電可擦除存儲器，它的寫入和擦寫只需專用編程器。同時也可以配接如模擬量、高速脈沖等單元及通信適配器等 特殊功能模塊，使 PLC 的功能大大增強(qiáng)。當(dāng) PLC 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，一般不需要編程器，因此編程器被設(shè)計為獨立的部件。編程器的種類很多，常見的有便攜式手持編程器、專用智能編程器，通過計算機(jī)和專用接口實現(xiàn)對 PLC的編程。 鑒于電梯控制輸入輸出口數(shù)量較多的問題，本次采用 EM223 型數(shù)字?jǐn)U展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。 PLC 的輸入繼電器，由外部開關(guān)通過輸入端來驅(qū)動； PLC內(nèi)的輸出繼電器，帶有無數(shù)內(nèi)觸點和外部輸出觸點。 PLC 控制系統(tǒng)主要由三部分組成：輸入部分、控制部分、 輸出部分。它們直接與 PLC 的輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入信號，這些信號或來自電梯轎廂操縱控制板，或來自電梯井道。 12 輸出部分主要由用戶輸出設(shè)備如接觸器、繼電器等組成，它們直接和 PLC 的輸出端子相連，用來控制被控制的對象動作。當(dāng) PLC 運(yùn)行時， CPU 按照分時操作原理每個周期執(zhí)行一次操作，由于 CPU 的運(yùn)算處理速度很快，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來看似乎是同時完成的，這種分時操作的過程稱為 CPU 對程序的掃描。 （ 1）輸入處理 PLC 以重復(fù)掃描的方式執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行過程中，即使是輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，但輸入映象寄存器中的內(nèi)容不變，直到完成一 個掃描周期的輸入處理才重新讀輸入狀態(tài)。每執(zhí)行一條程序所需要的信息都是從輸入映象寄存器和其他軟元件映象寄存器中讀出并參與運(yùn)算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的軟元件映象寄存器中，因此各軟元件映象寄儲器中的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而不斷的變化。 SIMATIC PLC 是德國西門子公司在 1995 年推出的性能價格比比較高的 PLC 系統(tǒng)。 SIMATIC S7 系列 PLC 都具有模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和易于用戶掌握等優(yōu)點，使得 S7 系列的 PLC 成為各種從小規(guī)模到中大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。它工作可靠 、功能強(qiáng) 大、 存儲容量大 、 編程方便，輸出端可直接驅(qū)動 2A 的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強(qiáng)。 S7200 系列小型 PLC(Micro PLC)可應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)。利用西門子 S7200 可編程序控制器編寫 兩 個四層電梯的控制系統(tǒng)。 具有 ASInterface 總線功能的西門子 S7200CN PLC 性能較好，功能強(qiáng)大，支持三角函數(shù)、開方、對數(shù)運(yùn)算等功能 ； 可在線編輯和監(jiān)視 。所以基于S7200CN PLC 的電梯控制系統(tǒng)是一個網(wǎng)絡(luò)化、智能化、性價比極高的控制系統(tǒng)。 可以對 S7200 所有 的 功能進(jìn)行編程。其基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件任務(wù)。還可以用軟件 直接 設(shè)置PLC 的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控 。適用于各種場合中檢測、監(jiān)測及控制的自動化，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，具有 較 高性價比，在可靠性、操作便捷性、實時特性、通訊聯(lián)網(wǎng)能力、功能低成本擴(kuò)展、內(nèi)置集成等方面均有出色表現(xiàn)。 本系統(tǒng)是由 PLC、變頻器、控制箱、顯示器、曳引電動機(jī) 等 組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) (Variable Voltage Variable Frequency，簡稱 VVVF)。系統(tǒng)的硬件框圖如圖 22 所示。 14通過分析研究電梯的實際運(yùn)行情況和控制規(guī)律，從而設(shè)計開發(fā)出一套雙電梯聯(lián)動控制程序，使得兩臺電梯的運(yùn)行操作 能夠用一臺 PLC 控制 。 首先， PLC 接收來自電梯的呼梯信號、平層信號，然后根據(jù)這些輸入信號的狀態(tài)，通過其內(nèi)部一系列 的 復(fù)雜控制程序，對各種信號的邏輯關(guān)系 進(jìn)行 有序地處理，最后向直流門控電機(jī)、變頻器和各類顯示器適時地發(fā)出開關(guān)量控制信號，對兩臺電梯實施 聯(lián) 控。某種意義上來說， PLC 編程水平的高低就決定整個系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的好壞。 在 PLC 向變頻器發(fā)出開關(guān)量控制信號的同時，為了滿足電梯的要求，變頻器又需要通過與鼠籠式曳引電動機(jī)同軸連接的脈沖發(fā)生器和 PG 卡 , 對電動機(jī)完成速度檢測及反饋 ,形成閉環(huán) 矢量控制系統(tǒng) 系統(tǒng)。 15根據(jù) A、 B 脈沖的相序 ,可判斷出電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向 ,并可以根據(jù) A、 B 脈沖的頻率測得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 （如圖 23） 。 呼 叫 信 號位 置 信 號 樓 層 顯 示 呼 叫 顯 示P GP L C門 電 機(jī)拽 引 機(jī)變 頻 器 電 源 圖 23 閉環(huán)矢量控制框圖 變頻調(diào)速系統(tǒng)的分析及選擇 80 年代初，通用變頻器實現(xiàn)了商品化。目前從一般要求的小范圍調(diào)速傳動到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動，從 單機(jī)傳動到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎都可采用交流調(diào)速傳動。電梯調(diào)速除了要求一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，舒適度是一項重要指標(biāo)?？紤]以上各種因素，通過對各主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品的性能指標(biāo)與價格比分析，選用日本安川公司的變頻器。 16但是帶有 PG 矢量控制功能的變頻器的價格相當(dāng)高， 基于 性 價 比 方面因素的考慮，本次電梯調(diào)速控制的設(shè)計選用的是 VS616G5 型通用變頻器 , 選擇有 PG 矢量控制作為曳引鼠籠式電動機(jī)的控制方式。這種變頻器不僅考慮了 /uf控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流 矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設(shè)置后，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，而 616G5 就具有曳引機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)的功能，其方法是 :將曳引機(jī)制動輪與電機(jī)軸脫離，使電動機(jī)處于空載狀態(tài)，然后啟動電 動機(jī)，讓變頻器自動識別并存儲電動機(jī)有關(guān)參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)。 表 24 安川 616G5 變頻器主要參數(shù)設(shè)置表 參數(shù) 名稱 設(shè)定值 A102 控制方式選擇 3 B101 頻率指令選擇 1 B102 運(yùn)行指令選擇 1 B103 停止方法選擇 0 B104 反轉(zhuǎn)禁止選擇 0 B201 零速電平選擇 B204 停止時直流制動時間 C103 加 速時間 C104 減速時間 C201 加速開始時 S 型曲線時間 C202 加速完了時 S 型曲線時間 C203 減速開始時 S 型曲線時間 C204 減速完了時 S 型曲線時間 C501 ASR 比例增益 5 C502 ASR 積分時間 1s E101 輸入電壓設(shè)置 380 E104 最高輸出頻率 50 E105 最大電壓 380 E106 額定電壓頻率 50 E109 最低輸出頻率電壓 0 E201 電機(jī)額定電流 按電機(jī)銘牌設(shè)置 E202 電機(jī)額定滑差 按電機(jī)銘牌設(shè)置 E203 電機(jī)空載電流 按電機(jī)銘牌設(shè)置 E204 電機(jī)極數(shù) 按電機(jī)銘牌設(shè)置 F101 PG 常數(shù) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器銘牌設(shè)置 F102 PG 斷線時檢測時的動作選擇 0 F103 超速時的動作選擇 0